JP2010116823A

JP2010116823A - 蒸気発電装置およびプラント

Info

Publication number: JP2010116823A
Application number: JP2008289983A
Authority: JP
Inventors: Masaki Matsukuma; 正樹松隈
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2008-11-12
Filing date: 2008-11-12
Publication date: 2010-05-27
Anticipated expiration: 2028-11-12
Also published as: JP4999825B2; CN101737085B; CN101737085A

Abstract

【課題】エネルギー効率の高い蒸気発電装置を提供する。
【解決手段】蒸気発電装置１は、高圧蒸気の膨張力を回転力に変換する蒸気膨張機４と、蒸気膨張機４の回転力によって駆動され、低圧蒸気を圧縮して蒸気膨張機の吸込流路に吐出する蒸気圧縮機６と、蒸気膨張機４の回転力によって駆動され、電力を発生する発電機５とを有し、蒸気膨張機４の吐出した蒸気を２次利用する需要設備３のスチームトラップ７のドレンをフラッシュタンク８で減圧して得られる低圧蒸気を、蒸気圧縮機６に供給する。
【選択図】図１

Description

本発明は、蒸気発電装置に関する。

蒸気の膨張力をタービンによって回転力に変換し、発電機を駆動する蒸気発電装置が広く使用されている。一般に、蒸気発電装置は、高圧の蒸気をエネルギー源とし、中低圧の蒸気を排出する。排出された中低圧の蒸気は、通常、復水されて、ボイラなどの蒸気発生源に環流されるが、復水することによって、蒸気の熱エネルギーが無駄に廃棄される結果となっている。そこで、例えば、特許文献１には、蒸気発電装置を駆動して低圧になった蒸気を、他のプロセス（需要設備）で２次利用するプラントの構成が記載されている。

しかしながら、他の蒸気プロセスでも、蒸気エネルギーを完全に消費できるものは少なく、最終的には、低圧の蒸気を廃棄し、エネルギーを無駄にすることが多い。特に、蒸気の熱エネルギーは、その潜熱が多くを占めるため、低圧の蒸気であっても、廃棄することによる熱エネルギーの損失は小さくない。
特開２００７−７４８９４号公報

前記問題点に鑑みて、本発明は、エネルギー効率の高い蒸気発電装置およびプラントを提供することを課題とする。

前記課題を解決するために、本発明による蒸気発電装置は、高圧蒸気の膨張力を回転力に変換する蒸気膨張機と、前記蒸気膨張機の回転力によって駆動され、低圧蒸気を圧縮して前記蒸気膨張機の吸込流路に吐出する蒸気圧縮機と、前記蒸気膨張機の回転力によって駆動され、電力を発生する発電機とを有するものとする。

この構成によれば、蒸気膨張機の出力の一部を利用して低圧蒸気を圧縮し、蒸気膨張機の駆動に使用する。蒸気圧縮機を駆動するのに必要なエネルギーは、蒸気圧縮機から蒸気膨張機に供給された蒸気から取り出せるエネルギーよりも大きいが、同じ量の高圧蒸気をボイラで新たに生成するのに必要なエネルギーよりは小さい。このため、蒸気圧縮機を設けたことによる発電機の出力低下は、高圧蒸気の消費量の低減に比して小さく、総合的な発電効率が高くなっている。また、蒸気膨張機から排出される蒸気を他の需要設備で２次利用する場合、需要設備から排出されるより低圧の蒸気を蒸気圧縮機で圧縮して発電に利用することで、プラント全体として、蒸気の潜熱の廃棄量を低減して、総合熱効率を高めることができる。

本発明の蒸気発電装置は、温水から前記低圧蒸気を分離するフラッシュタンクをさらに有してもよい。

この構成によれば、温水の顕熱の一部を減圧することで潜熱に変化させて回収し、発電に利用するので、廃棄する熱エネルギーを最大限に低減できる。

本発明の蒸気発電装置は、前記蒸気圧縮機の吸込流路または圧縮室に水を導入する水導入手段をさらに有してもよい。

この構成によれば、蒸気圧縮機の圧縮圧力比が高い場合、低圧蒸気に加えて圧縮室に水を導入することで、蒸気圧縮機が蒸気に与える熱エネルギーを水の蒸発潜熱として消費させることができる。これにより、蒸気膨張機の吸込流路に導入する蒸気量を増大させるとともに、蒸気圧縮機の吐出温度が過剰に上昇し、熱膨張によって蒸気圧縮機がトラブルを起こすことも防止できる。

また、本発明によるプラントは、前記蒸気発電装置のいずれかと、前記蒸気膨張機の吐出した蒸気を２次利用する需要設備とを有し、前記低圧蒸気を前記需要設備から供給するものとする。

この構成によれば、プラントから排出される低圧蒸気を蒸気圧縮機で再圧縮するので、この分の蒸気が保有する潜熱がプラントの外部に廃棄されずに再利用される。これにより、プラント全体としての総合熱効率を高めることができる。

以上のように、本発明によれば、蒸気膨張機の出力の一部を利用して低圧蒸気を圧縮して発電に利用するので、廃棄する蒸気量を低減でき、蒸気のエネルギーとして多くを占める潜熱の排気量を低減することで、ボイラを含めた総合的な熱効率を高くできる。

これより、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の第１実施形態の蒸気発電装置１を含むプラントの構成を示す。本実施形態のプラントは、高圧蒸気（例えば０．８ＭＰａＧ）で発電する蒸気発電装置１と、高圧蒸気を発生するボイラ２と、蒸気発電装置１が排出する中圧蒸気（例えば０．２ＭＰａＧ）を利用する需要設備（製造プロセス）３とからなる。

蒸気発電装置１は、膨張室内に雌雄一対のスクリュロータを収容し、膨張室内に高圧蒸気を吸い込んで、蒸気の膨張力をスクリュロータの回転力に変換する容積式の蒸気膨張機の一種であるスクリュ膨張機４と、歯車を介してスクリュ膨張機４に回転駆動され、回転力を電力に変換する発電機５と、圧縮室内に雌雄一対のスクリュロータを収容し、スクリュロータが歯車を介してスクリュ膨張機４に回転駆動され、圧縮室に低圧蒸気（例えば０．０６ＭＰａＧ）を吸い込んで圧縮し、スクリュ膨張機４の吸込流路に吐出する容積式の蒸気圧縮機であるスクリュ圧縮機６とを有する。

また、蒸気発電装置１は、需要設備３のスチームラップ７から排出されるドレンを減圧して、スクリュ圧縮機６で圧縮して再利用する低圧蒸気と、外部に廃棄される温水とに分離するフラッシュタンク８を有する。また、このプラントは、需要設備３で消費する蒸気の内、スクリュ膨張機４から吐出される蒸気で不足する分を、スクリュ膨張機４をバイパスして供給するための減圧弁９を有する。

蒸気発電装置１では、スクリュ膨張機４の出力の一部を、スクリュ圧縮機６を駆動するために消費し、残りの大半を発電機５で電力に変換する。低圧蒸気を高圧蒸気に昇圧するために必要なエネルギーは、ボイラで新たに高圧蒸気を発生させる場合に比べて小さい。なぜなら、蒸気の熱エネルギーは、水が気化する際に必要な潜熱が占める割合が大きく、温度上昇に必要な顕熱の割合は小さいからである。

このため、蒸気発電装置１は、スクリュ圧縮機６を設けたことにより、スクリュ膨張機４の軸出力に比べて、発電機５の発電電力が低くなるが、それ以上に、スクリュ圧縮機６が吐出した高圧蒸気を利用することで、ボイラ１からスクリュ膨張機４に供給すべき高圧蒸気の流量が低下する。このため、蒸気発電装置１は、スクリュ圧縮機６を有しないものに比べて発電効率が高い。

また、見方を変えると、本実施形態では、スクリュ圧縮機６に導入される低圧蒸気が保有する潜熱がプラントの外部に放出されないので、ボイラ２においてこの分のエネルギーを節約することができ、結果として総合的な熱効率が高いとも言える。

さらに、図２に、本発明の第２実施形態のプラントを示す。尚、本実施形態の説明において、第１実施形態と同じ構成要素には同じ符号を付して、重複する説明を省略する。

本実施形態の蒸気発電装置１は、需要設備３のスチームトラップ７のドレンを、フラッシュタンク８を介さずに、調節弁１０を介して、スクリュ圧縮機６の圧縮室に導入するようになっている（水導入手段）。本実施形態のスクリュ圧縮機６は圧縮圧力比が高いので、温水をスクリュ圧縮機６の圧縮室に導入し、この温水をスクリュ圧縮機６の出力する熱エネルギーによって蒸発させることで、吸い込んだ低圧蒸気を増量しながら高圧蒸気に再圧縮できるものである。

これによって、蒸気発電装置１は、スクリュ圧縮機６の吐出蒸気が、ボイラから供給される高圧蒸気よりも高温の過熱蒸気になることがなく、スクリュ圧縮機６のハウジングやスクリュロータが過度の熱膨張を起こし、スクリュロータがかじり付くようなトラブルを防止できる。

また、スクリュ圧縮機６に導入する水は、ミネラル分が多いと蒸発する際にスクリュ圧縮機６内にスケールを生成するので、需要設備３のスチームトラップ７のドレンのような蒸気の復水を利用することが好ましいが、例えば、ボイラの補給水などであってもよい。また、蒸気圧縮装置１において、水導入手段による水の導入は、スクリュ圧縮機６の吸込配管に行ってもよい。

また、本実施形態のプラントにおいて、需要設備３の蒸気消費量が少ないとき、スクリュ膨張機４の吐出した中圧蒸気を、スクリュ圧縮機６の吸込流路に導入するようにして、中圧蒸気を外部に放出することなく、蒸気発電装置１による発電量を維持するようにしてもよい。

このように、本発明では、スクリュ圧縮機６に供給する低圧蒸気は、需要設備から排出されるような略大気圧の蒸気だけでなく、スクリュ膨張機４に供給される蒸気よりも圧力が低いいかなる蒸気であってもよい。

つまり、本発明は、プラントの事情により利用することができず、通常は廃棄されるような蒸気をスクリュ圧縮機６で再生することで、発電に再利用し、プラント外に廃棄する熱量を低減し、ボイラ２の負荷を軽減することで、総合エネルギー効率を高めるものである。

尚、スクリュ圧縮機６は、圧縮圧力比が一定であるので、吸込圧力が高くなると、吐出温度を一定にするためには、より多くの水を圧縮室に導入する必要があることに留意が必要である。

本発明の第１実施形態の蒸気圧縮装置を含むプラントの概略構成図。本発明の第２実施形態の蒸気圧縮装置を含むプラントの概略構成図。

符号の説明

１…蒸気発電装置
２…ボイラ
３…需要設備
４…スクリュ膨張機（蒸気膨張機）
５…発電機
６…スクリュ圧出機（蒸気圧縮機）
７…スチームトラップ
８…フラッシュタンク
９…減圧弁
１０…調節弁

Claims

高圧蒸気の膨張力を回転力に変換する蒸気膨張機と、
前記蒸気膨張機の回転力によって駆動され、低圧蒸気を圧縮して前記蒸気膨張機の吸込流路に吐出する蒸気圧縮機と、
前記蒸気膨張機の回転力によって駆動され、電力を発生する発電機とを有することを特徴とする蒸気発電装置。
温水から前記低圧蒸気を分離するフラッシュタンクをさらに有することを特徴とする請求項１に記載の蒸気発電装置。
前記蒸気圧縮機の吸込流路または圧縮室に水を導入する水導入手段をさらに有することを特徴とする請求項１または２に記載の蒸気発電装置。
請求項１から３のいずれかに記載の蒸気発電装置と、
前記蒸気膨張機の吐出した蒸気を２次利用する需要設備とを有し、
前記低圧蒸気は、前記需要設備から供給されることを特徴とするプラント。